Recenti ricerche condotte da un team di esperti dell’International Iberian Nanotechnology Laboratory (INL) hanno portato a un significativo avanzamento nel campo del calcolo ispirato al cervello. Questi scienziati hanno sviluppato un innovativo diodo a tunneling quantistico (RTD) che simula il funzionamento di un neurone sensoriale. Questo dispositivo all’avanguardia è progettato per emulare il modo in cui i neuroni biologici elaborano le informazioni, consentendo di rilevare la luce e trasformarla in segnali elettrici all’interno di un singolo componente di dimensioni nanometriche. La sua operatività si distingue per rapidità, efficienza e un consumo energetico estremamente ridotto, rendendolo un candidato ideale per applicazioni future nel campo della tecnologia.
Il Ruolo Cruciale dei Fenomeni Quantistici
Bruno Romeira, dottore di ricerca e ricercatore presso l’INL, ha sottolineato l’importanza del neurone nell’evoluzione del calcolo efficiente e del sensing ottico. “Questo progresso è reso possibile grazie all’impiego di fenomeni quantistici“, ha dichiarato. Il dispositivo è realizzato con una struttura semiconduttrice di tipo III-V, ottenuta combinando elementi del Gruppo 3 (come Boro, Alluminio, Gallio e Indio) e del Gruppo 5 (comprendente Azoto, Fosforo, Arsenico e Antimonio) della tavola periodica. Questi materiali sono noti per il loro utilizzo nella fotonica e nell’elettronica ad alta velocità, progettati specificamente per rispondere in modo diretto alla luce infrarossa vicina. Ciò consente una rilevazione e un’elaborazione dei segnali altamente efficienti a livello nanometrico, aprendo nuove strade per l’innovazione tecnologica.
Funzionamento e Vantaggi del Dispositivo
Bejoys Jacob, dottorando presso l’INL e coautore dello studio, ha spiegato che quando l’intensità della luce supera una certa soglia, il dispositivo entra in uno stato noto come resistenza differenziale negativa. Questo fenomeno provoca oscillazioni di tensione ad alta ampiezza, permettendo così al segnale luminoso in arrivo di essere convertito in impulsi elettrici ritmici, che rispecchiano i modelli di attivazione dei neuroni biologici. Jacob ha inoltre sottolineato come l’hardware neuromorfico tradizionale si basi su circuiti complessi che integrano componenti di memoria separati e oscillatori per imitare il funzionamento dei neuroni. Questo approccio comporta un aumento delle dimensioni, del consumo energetico e della complessità del sistema. Al contrario, il nuovo dispositivo integra queste funzioni in un singolo componente compatto, non limitandosi a rilevare la luce, ma codificando anche le informazioni ottiche in oscillazioni elettriche, ampliando così la sua funzionalità oltre quella di un semplice sensore.
Prospettive Future e Applicazioni
Il team di ricerca è convinto che il comportamento del dispositivo, simile a quello di un neurone sensoriale, rappresenti un progresso cruciale verso lo sviluppo di sistemi intelligenti edge in-sensor. Questi sistemi saranno capaci di elaborare i dati direttamente alla fonte, eliminando la necessità di grandi processori esterni. Un aspetto distintivo di questo dispositivo è la sua capacità di imitare processi presenti negli organismi viventi. Gli scienziati hanno paragonato il suo funzionamento ai ritmi di attività neuronale che consentono alle libellule di seguire le prede, così come agli scoppi oscillatori nei mammiferi, fondamentali per l’elaborazione sensoriale e il coordinamento cerebrale. Replicando questi modelli naturali di attivazione a impulsi nell’hardware, i ricercatori stanno aprendo la strada a sistemi di visione artificiale bioispirati, che permetteranno alle macchine di percepire, comprendere e rispondere all’ambiente circostante, il tutto alimentato da tecnologie miniaturizzate ed energeticamente efficienti.
Integrazione e Impatti nel Settore Tecnologico
La compattezza del dispositivo e la sua compatibilità con le piattaforme semiconduttrici di tipo III-V già esistenti lo rendono particolarmente adatto per l’integrazione in futuri sensori e sistemi ottici. Questi potrebbero includere veicoli autonomi, sistemi LiDAR di nuova generazione (utilizzati per il rilevamento e la misurazione della luce) e applicazioni di elaborazione visiva ultra-rapida per la robotica. Gli scienziati sono fiduciosi che questa scoperta avvicini il mondo a hardware in grado non solo di rilevare l’ambiente circostante, ma anche di interpretarlo, proprio come avviene nei sistemi naturali. I risultati di questo studio sono stati pubblicati nella rivista Scientific Reports, segnando un importante traguardo nel campo della nanoscienza e della tecnologia, e aprendo nuove opportunità per l’innovazione nel settore tecnologico.
